Водоподготовка для котельных
В настоящее время котельные широко распространены в как жилом, так и промышленном секторе. Водогрейные котельные используют воду в качестве теплоносителя для обеспечения зданий горячим водоснабжением и отоплением. Паровые котельные обладают большим потенциалом, расходуя на производство из воды пара большое количество энергии, превращая последний в энергоемкий носитель, который можно использовать не только для обеспечения горячей водой, но и для различных технологических нужд, например стерилизации, приведения в движение механизмов, очищения, увлажнения и т.д.
В обоих случаях вода используется в качестве основного исходного сырья для процесса. Почти все проблемы в котельных системах, связанные с преждевременным выходом из строя водяных и жаровых труб, неожиданным снижением энергоэффективности и отказом системы, связаны с химическим составом воды. По этой причине использование системы водоподготовки для котельной является обязательным для надежной, долговечной и эффективной эксплуатации котельных агрегатов.
1) Образование накипи. Если в питательной воде присутствует жесткость (Ca2+; Mg2+), которая не контролируется химически, то на поверхностях теплопередачи образуется накипь, снижающая теплопередачу и эффективность, что приводит к необходимости частой промывки котла. В крайних случаях может возникать перегрев стенок, приводящий к их механическому повреждению или разрыву, с выбросом воды в топочное пространство котла. Такой выброс воды резко снижает давление в барабане котла, перегретая вода мгновенно превращается в пар, с объемом многократно превышающий объем воды создавая при этом ударную силу, которая разрывает котел и может выбросить его на десятки метров при этом разрушая здание котельной
Наиболее вредным из растворенных газов является кислород, который вызывает точечную коррозию металла. Очень небольшое количество кислорода может привести к серьезным повреждениям. Его можно удалить как физическим, так и химическим путем.
Растворенный углекислый газ часто присутствует в питательной воде в виде углекислоты, что приводит к снижению уровня pH. Повышение уровня pH решает эту задачу, но углекислый газ также выделяется в котлах из-за нагревания карбонатов и бикарбонатов, которые разлагаются на каустическую соду с выделением углекислоты. Железо в конденсате – явный признак коррозии пароконденсатного тракта. Это является следствием наличия свободной углекислоты в конденсате которая понижает рН и приводит к коррозии. При конденсации пара формируется угольная кислота H2CO3, которая вызывает коррозию линии возврата конденсата, где основными продуктами коррозии являются оксилы железа.
Второстепенные проблемы:
3) Повышенное солесодержание питательной воды. Приводит к увеличенному проценту продувки что негативно сказывается на энергоэффективности системы.
4) Содержание железа и взвешенных веществ. Приводит к отложениям оксида железа на поверхности загрязняя ее.
5) Вспенивание котловой воды. Пена образуется при наличии питательной воде твердых веществ, неправильного рабочего режима или грязного конденсата. Препятствует корректному контролю уровня котловой воды.
Рис. 1 Образование накипи и кислородная коррозия
Оборудование водоподготовки котлов
Водоподготовка паровых котлов имеет большее количество возможных конфигураций и исполнений. Ввиду особенности системы пароводяного тракта систему водоподготовки котла можно разделить условно на внешнюю физико-химическую обработку питательной воды предназначенную для уменьшения или полного удаления загрязнений, к которой относится предварительное осветление, обезжелезивание, умягчение и обратный осмос и внутреннюю химическую обработку котловой воды целью которой является поддержание постоянных концентрация реагентов для удаления кислорода, корректировки рН котловой воды и конденсата и пассивации.
1) Установки умягчения воды
Установки умягчения воды для котельной широко распространены и используются для предотвращения образования накипи. Во время умягчения воды происходит ионный обмен солей жесткости, состоящих в основном из кальция Ca2+ и магния Mg2+, на ионы натрия Na, которые не склонны к выпадению в осадок при нагревании. Солесодержание и уровень рН воды при этом не изменяется.Представляют собой автоматические установки умягчения воды непрерывного режима работы. Установка чаще всего состоит из минимум двух фильтров установленных параллельно, где 1 находится в работе, а другой в промывке / ожидании рабочего цикла.
Для достижения уровня жесткости < 0,1 мг-экв/л, являющего нормативом для водогрейных котлов, достаточно одной ступени умягчения воды. Глубокое двухступенчатое умягчение воды используется в паровых котельных для достижения уровня жесткости обработанной воды порядка 0,05 ... 0,01 мг-экв/л.
2) Обратный осмос
Установки обратного осмоса обосновано использовать при высоком уровне жесткости или солесодержания исходной воды, так как происходит ее обессоливание. Полученная вода в результате очистки на обратном осмосе очень чистая, сопоставима с конденсатом, и поэтому полностью исключается образование любых отложений на оборудовании.Внедрение обратного осмоса требует больших капитальных затрат в отличие от установки умягчения, поэтому предусматривается только в тех случаях, где требуется снизить процент продувки парового котла за счет подачи подпиточной воды низкого солесодержания или при необходимости сокращения затрат на использование технической соли для регенерации ионообменников.
3) Термическая деаэрация
Термическая деаэрация является эффективным способом поддержания уровня кислорода и углекислого газа в питательной воде постоянно ниже опасного диапазона. Этот метод использует тот факт, что газы становятся менее растворимыми в воде при повышении ее температуры. Их растворимость падает практически до нуля при 100 °C.
Значения основаны на равновесной растворимости. Для того, чтобы действительно добиться дегазации, должен быть активный обмен между газами, растворенными в воде, и паровым пространством резервуара для питательной воды, что достигается с помощью струйных или распылительных деаэраторов. Здесь создается большой предел фазы, чтобы облегчить быструю транспортировку материала в газовую фазу. Кроме того, вода должна оставаться в емкости в течение определенного времени, чтобы удалить оставшиеся газы.
4) Коррекционная химическая обработка (кондиционирование)
Кондиционирование питательной и котловой воды достигается за счет ввода в обрабатываемую воду химических реагентов посредством блоков дозирования. Точкой ввода реагентов является либо резервуар для питательной воды, либо трубопровод для питательной воды перед ее попаданием в котел. Объем ввода химических реагентов пропорционален объему обрабатываемой воды, а полученный эффект контролируется путем периодического отбора проб и контроля качества котловой воды.Цели обработки и используемые реагенты:
а) Поглотители кислорода. Поглотители кислорода разработаны специально для уменьшения количества растворенного кислорода и оксидов в воде. Вводя в котловую воду химический поглотитель кислорода, вы сможете удалить весь остаточный кислород из питательной воды, защитить котел от вредных химических реакций и уменьшить коррозию в питательном баке и обратных трубопроводах. Объем дозировки зависит от типа используемого реагента, наличия деаэратора и количества растворенного кислорода в обрабатываемой воде.
Таниновые химикаты и сульфитные химикаты оказались особенно эффективными поглотителями кислорода. Если вы решите использовать сульфит натрия, этот поглотитель кислорода будет действовать быстро и особенно полезен для применений с низким давлением. Что касается танина, этот химикат удаляет кислород из воды, а также создает коррозионностойкую пленку вокруг стали котла. Наиболее распространенными реагентами является сульфит натрия, бисульфит натрия и гидразин.
б) Корректоры уровня рН. Щелочные добавки разработаны специально для повышения уровня pH обрабатываемой воды, наиболее широко используемым веществом является гидроксид натрия NaOH. Поддержание высокого уровня pH позволит избежать проблем с коррозией и образования углекислоты. В состав некоторых реагентов входят различные полимерные добавки, которые образуют тонкую защитную пленку на на металлических поверхностях, защищая их от коррозионного воздействия.
Следует учитывать, что слишком высокая концентрация гидроксида натрия вызывает едкое растрескивание, охрупчивание металла и вызывать вспенивание.
в) Амины — это нейтрализующие химикаты, которые способны предохранять паропровод котла от коррозии. Конденсат из парового котла может вызывать сильную коррозию трубопроводов, что может привести к повреждению котла и вызвать дорогостоящий ремонт. Три типа нейтрализующих аминов, которые можно использовать для кондиционирования котловой воды, включают морфолин, диэтиламиноэтан и циклогексиламин. Хотя эти нейтрализующие амины можно приобрести как отдельный компонент, большинство растворов будут смешаны со всеми тремя.
Нейтрализующие амины - оказывают нейтрализующее действие на углекислоту.
Пленочные амины - создают на металлических поверхностях маслянистую водоотталкивающую пленку, устойчивую как к углекислому газу, так и к кислороду.
Когда амины попадают в котловую воду, они повышают рН конденсата, что значительно снижает вероятность коррозии. Известно, что низкий уровень pH в трубопроводах для конденсата вызывает коррозию в большом количестве, что может привести как к утечкам конденсата, так и к утечкам пара. Необходимость дозирования аминов определяется исходя из уровня рН возвращенного конденсата.
г) Реагенты, предотвращающие образование накипи и отложений используются для улучшения диспергирующих свойств любых кондиционирующих продуктов, которые используются в обработке котловой воде. Реагенты, предотвращающие образование накипи, обычно состоит из смеси полимеров и фосфатов и выпускаются в виде натуральных или синтетических химикатов. Наиболее распространенные синтетические полимеры включают сульфонаты полистирола, сополимер малеиновой кислоты с акрилатом и фосфат натрия.
Эти химикаты действуют как смягчающие вещества, чтобы свести к минимуму образование накипи и отложений диоксида кремния в котле.
д) Антипенные реагенты представляют собой смесь поверхностно-активных веществ, которые изменяют поверхностное натяжение жидкости, удаляют пену и предотвращают перенос мелких частиц воды в пар.
Рис. 2 Загрязнения питательной воды и конденсата